JPH02259307A - ガス共振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ヨーロッパ特許比＠　Ｅ　Ｐ　−Ａ−０２６７７２７号
は、ｌ端から他端にその長さに沿って断面が拡大してい
る共振チューブと、該共振チューブの１端に設置された
熱源と、共振チューブ内でガスに振動を起こす手段とを
含んでいるガス共振装置を記述し、請求している。共振
チューブはなるべくならオシパル（ｏｇｉｖａｌ）形態
であり、そして熱源と、共振チューブ内でガスに振動を
起こす手段とは、ガス共振チューブの共振振動数と一致
する反復脈動振動数を有する脈動燃焼器によって好都合
に形成されている。このような熱によって駆動されるガ
ス共振装置によって発生される圧力波は、圧力振動ガス
分離器又はヒートポンプを運転するために記述され、請
求されている。

我々の以前の明細書は、このタイプのガス共振装置の効
率についての主要制限要素の１つが共振チューブ内での
振動するガスと共振チューブの側壁との間で引起こる壁
の摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）であることを説明している
。共振チューブの側壁をオシパル形態（ｏｇｉｖａｌ　
ｆｏｒｍ）にすることによって、この壁ＦＩＪ擦（ｗａ
ｌｌｆｒｉｃｔｉｏｎ）損失を減少し、それ故ガス共振
装置の全効率を改善することが可能である。

本発明の第１の特徴に従かえば、ガス共振装置は実質上
球形の共振チャンバーの中間に配設された脈動する燃焼
器を含んでいる。

本発明に従かう熱で運転されるガス共振装置は、我々の
以前の出願で検討された壁摩擦損失が全く取除かれる利
点を有している。脈動燃焼器は、波が共振チャンバーの
中間から共振チャンバーの外へどのように移動しても、
壁摩擦に出会わない実質上球形に広がる波前面を創出す
る。この事実は以前のヨーロッパ特許明細書中に詳述さ
れている壁摩擦損失を完全に避ける。

好都合には、該ガス共振装置は脈動燃焼器に爆発ガス混
合体を提供する手段を含んでいる。好都合には脈動燃焼
器は、主としてその半径に依存している実質上球形の共
振チャンバーの共振振動数（共振周波数）に一致してい
る脈動反復振動数（Ｐｕｌｓｅ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ
　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を備えている。

爆発性の混合ガスを脈動燃焼器（ｐｕｌｓｅｄ　ｃｏｍ
ｂｕｓ−ｔｏｒ）に供給する手段は、脈動燃焼器が爆発
性混合ガスのパルス的供給を受入れるように、それ自体
に調整バルブか共振チューブを含むと良い。この場合に
、爆発性混合ガスは実質上球形の共振チャンバーの共振
振動数で好都合に供給される。

本発明の第２の特徴は、圧力振動ガス分離器と協同する
熱で運転されるガス共振装置を含んでおリ、ガス共振装
置内での振動するガスは、圧力振動ガス分離器を駆動す
るのに必要とされる圧力変換を準備するために用いられ
る。

本発明の第３の特徴に従かえば、熱で運転されるガス共
振装置は、ヒートポンプを運転する動力（ｐｏｗｅｒ）
を提供するのに用いられる熱で運転されるガス共振装置
内で振動するガスを有するヒートポンプ（ｈｅａｔ　ｐ
ｕｍｐ）と併用される。

本発明の第２及び第３の特徴は、ヨーロッパ特許出１Ｎ
　（Ｅ　Ｐ　−Ａ−０２６７７２７）に開示され、且つ
請求された結合を含まない。

本発明の第２及び第３の特徴の場合に、好ましくは熱で
運転されるガス共振装置は、本発明の第１の特徴に従っ
て形成される。

好都合には、圧力振動ガス分離器は、実質上球形の共振
チャンバーの周面に設置された吸着材料のベッド（ｂｅ
ｄ）を含んでいる。典型的には吸着材料は、広げられた
ゼオライト（！ｅｏｌｉｔｅ）であるが、しかし活性炭
素もまた使用可能である。好ましくは、共振チャンバー
は曲がった線を有する三角状セグメントを用いた正二十
面体（１ｃｏｓａｈｅｄｒｏｎ）として形成される。こ
の場合に、吸着材料の各ベッドは、好ましくは正二十面
体の実質上三角形の各セグメント内に完全に入っている
３つの円形ベッドとその先端に中心のある他のベッドと
で共振チャンバーの側壁に配置されているベッド群で大
体円形の外形を有している。

ガス共振装置がヒートポンプを含んでいる場合には、実
質上球形の共振チャンバーの周囲に近接するが間隔を置
いて配置された蓄熱装置（ｒｅｇｅｔ＋−ｅｒａ　ｔｏ
ｒ）を含むのが好都合である。好ましくは、蓄熱装置は
、球形共振チャンバー内に連続して延びる赤道ベルト（
ｅ）ｎａｔｏｒｉａｌ　ｂｅｌｔ）として形成される。

蓄熱装置は、好都合には、実質上球形の共振チャンバー
の外周に隣接し、且つ脈動燃焼器（ｐｕｌｓｅｄ　ｃｏ
ｍｂｕｓｔｏｒ）から離れて該チャンバーの側面に配置
されたヒートシンク（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ）を含んでい
る。好ましくは、低グレード（ｌｏｗ　ｇｒａｄｅ）の
熱源が蓄熱装置の側面上の共振チャンバー内に脈動燃焼
器に向かって導入される。この低グレード熱源は共振チ
ャンバーの内部に散水を提供するために配置された多数
のウォータージェット（−ａ−ｔｅｒ　ｊｅｔ）によっ
て形成可能である。ウォータージェットは、また共振チ
ャンバー内で機械的エネルギーに変換されない熱の取り
除きに助力するために、圧力振動ガス分離器内に含めら
れても良い。

この場合に、水の少ない割合、即ち内部に散布された水
がばっと蒸発され、そしてこの瞬間蒸発が共振チャンバ
ー内で発生される機械的パワーを追加する。瞬間蒸発さ
れない水滴は、その後の膨張サイクルの間に共振チャン
バー内でガスを冷却し、そしてこの水滴から集める加熱
水が実質上円筒のチャンバーの底から排水され、そして
熱源として使用されるか、或いは単に冷却されて、再循
環される。

本発明の第４の特徴に従かえば、圧力振動ガス分離器は
、脈動燃焼器と共振チャンバーとを含む熱運転ガス共振
装置と、共振チャンバーの一部を制限しているダイアフ
ラム（ｄｉａｐｈｒａｍ、　）と、脈動燃焼器から離れ
たダイアフラムの側でダイアフラムに隣接した吸着材料
のベッドとを備えている。

共振チャンバーの内側を吸着材料のベッドから隔離して
いるダイアフラムの使用はζヨーロッパ特許出ＨＥ　Ｐ
　−Ａ−０２６７７２７で述べられた如く、大体円錐形
の共振チャンバーとか、実質上球形の共振チャンバーと
共に用いられる。ガスの機ｍ的振動は、ダイアフラムの
相応する振動を引起こすが、しかしダイアフラムは、吸
着材料のベッドを共振チャンバーの内側から分離し、そ
れ故に脈動燃焼器からの燃焼副産物が吸着材料のベッド
を汚染することを防止する物理的障壁を提供する。好都
合に、ダイアフラムの径、厚さ、及び剛性は、ダイアフ
ラムが共振チャンバーと同一の固有共振周波数を有する
ように選ばれる。

好都合に、吸着材料のベッドは、混合ガスの流入と、ダ
イアフラムに隣接するベッド側からの涸渇ガスの排出ど
の流れを制御し、そして吸着材料のベッドを貫通し、ベ
ッドのダイアフラムから離れた側で出て来る分離ガスの
ための出口を制御するバルブ手段を有する閉鎖チャンバ
ー内に収容されている。好都合に、バルブ手段は環状シ
ートを含み、そしてダイアフラムは環状シートの閉止部
材を形づくっている。この手段のために、ダイアフラム
が吸着材料のベッドの方へ、及びベッドがか離れる方に
動く時、ダイアフラムはバルブ手段を開けたり閉じたり
する。

バルブ手段は、ガス混合体が環状バルブシートからダイ
アフラムの中間に向かって半径方向内方へ動くように、
ダイアフラムの中間に置かれた排出バルブを含むことが
出来る。この場合に、排出バルブは入口バルブの後に開
くが、しかし入口バルブと実質上同時に閉じるために配
置される。この事を達成する１つの手段は、ダイアフラ
ム上に据付けられたスピンドル上の範囲内で自由に摺動
する排出バルブ締切り部材を準備することであり、故に
使用に際して、排出バルブ締切り部材がダイアフラムと
共に吸着ベッドから移動離間する時、該締切り部材はス
ピンドル上で第１の位置になり、締切り部材がダイアフ
ラムと共に吸着ベッドの方へ移動する時、スピンドル上
で第２の位置となる。

代りに、環状バルブシートとダイアフラムとによって構
成されたバルブは、入口バルブのみならず排出バルブと
しても作用する。この場合、吸着ベッドの方へとベッド
から離れる方へのダイアフラムの基本振幅の外に、ダイ
アフラムの１側から他側へ移動する波として出現する付
加第２振動が存在するように、調和振動がダイアフラム
に適用されるのが好都合である。この手段では、ダイア
フラムがベッドから離れる方に動いている時、ダイアフ
ラムの１側は初めにその環状シートから上昇する。ダイ
アフラムが該シートから離れる方に動（と同時に、ベッ
ド内で発生される減圧がガス混合体を、ダイアフラムと
ベッドとの間の空間内に、ダイアフラムの１側上の着座
してないダイアフラムのバルブシートを経て吸込む、遅
延の後に、ダイアフラムの他側もまた環状シートから離
座する。ダイアフラムの１側内に導入されたガスは、ダ
イアフラムの曲がりによって継続され、且つ促進される
横向きの運動量を有しており、そしてダイアフラムの１
側から他側へのガス流を引起こす。

そしてダイアフラムは、ベッドとダイアフラムとの間の
空間から涸渇したガスのダイアフラムの他側からの排出
を引起こす、ダイアフラムが吸着ベッドの方に復帰すれ
ば、ダイアフラムの１側は先に環状バルブシートに向か
って着座し、他側によって引継がれる。ダイアフラムの
吸着ベッドの方への移動を継続するので、ベッドに圧力
を加え、そしてその後ベッドを減圧するためにベッドか
ら離れ、その結果ダイアフラムの１側は再びまずそのバ
ルブシートから持上がり、そして該サイクルは繰返され
る。この手段では、ダイアフラムの基本振幅によって吸
着ベッド上に加圧及び減圧作用が遂行されるのみならず
、ダイアフラムに加えられる調和振幅の結果として、ダ
イアフラム上での横波運動が創出されて、該波運動は吸
着ベッドの上部を横断してガスを進めることも行う。こ
の事は、涸渇ガスのベッドの頂部からの各ダイアフラム
の振動による取除きの、特に有効な清掃作用を提供する
。

この付加調和運動は、例えばダイアフラムの１側に偏位
した質量を適用することによって、好都合には、ダイア
フラムの他側に対応する軽量化を施すことによって、ダ
イアフラムに適用可能である。この事は、ダイアフラム
が熱で運転されるガス共振装置によって駆動される時に
、特に有効である。

本発明の第５の特徴によれば、熱で運転されるガス共振
装置は、脈動燃焼器（ｐｕｌｓｅｄ　ｃｏｍｂｕｓｔｏ
ｒ）と、共振チャンバー（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｃｈａ
ｍｂｅｒ）の一部をはね飛ぶ可撓性のダイアフラムと、
ダイアフラムに結合され、且つ共振チャンバー内部での
ガス共振の結果として振動するダイアフラム上に電力を
発生する電気的変換器とを含む共振チャンバーを備えて
いる。

このようなガス共振装置は、熱い動力の併用された設備
でのパワー源として、特に有用である。

このような配置では、熱で運転されるガス共振装置から
の廃熱は熱源を提供し、同時に電気変換器からの出力は
電力を提供する。本発明のこの特徴の小規模な変形は、
典型的にはヨーロッパ特許出ＩＩＥ　Ｐ　−Ａ　−０２
６７７２７に記述されたのと同様の円錐共振チャンバー
の形態と出来るが、しかしその最大端部には可撓性のダ
イアフラムを含むものである。このような配置では、例
えば遠隔で孤立した住宅の如き比較的小さなユニットの
ために熱と動力（パワー）の両方の提供が可能である。

好都合には、しかしながら、共振チャンバーは、上述さ
れた如く、実質上球形か正二十面体であり、そしてこの
場合に、二十面体のエレメントの幾つかはそれに取付け
られた電気変換器を備え、同時に他のエレメントは実質
上剛体であって、熱発生を高めるために、ヒートポンプ
（ｈｅａｔ　ｐｕｓ＋ｐ）の部片を構成している共振チ
ャンバーの周囲に隣接するがスペース（空間）を置いた
蓄熱装置（ｒｅｇｅｎｅｒ−ａ　ｔｏｒ）を含んでいる
。当然、それぞれの適用にゆだねられる二十面体のエレ
メントの比率は所望出力に関して異なる。好都合には、
ヒートシンクが蓄熱装置の脈動燃焼器により近い面に備
えられる。

この領域は蓄熱装置の態動熱源から離れた側での領域よ
りも冷た（、そして従って、このヒートシンクは冷却源
を提供する。従って、熱と動力の結合されたシステムは
、また、電気と、例えば夏季の間の冷房システムのため
の冷却を提供するのにも使用可能である。

本発明の第６の特徴に従かえば、熱によって運転される
ガス共振装置は、脈動燃焼器を含む共振チャンバーと、
該チャンバー内でのガス共振から生起する機械的振動が
圧力振動ガス分離器のための動力（パワー）を提供する
ように、共振チャンバーの少くとも一部でとびはねてい
る酸素又は窒素を選択的に吸着する吸着材料のベッドと
を備えており、圧力振動ガス分離器は、酸素の濃いガス
状態を創出するために空気によって圧力振動ガス分離を
果たし、酸素濃縮ガス相の一部が可燃性のガス又は蒸気
と混合され、且つ脈動燃焼器に供給され、酸素濃縮が燃
焼を促進して燃焼脈動の強さを激しく、そしてそれによ
って該共振チャンバー内で誘発される機械的共振を高め
る。

共振チャンバーが実質上球形′であって、正二十面体と
して形成されている場合、該チャンバーの外表面上のエ
レメントの１つが、酸素濃縮ガスを脈動燃焼器内での燃
焼のために製造するのに用いられる圧力振動ガス分離器
のモジュール（ｍｏｄｕｌｅ）として構成されることが
好都合である。この事は、ガス共振装置が別な方法で、
例えば熱と動力の結合装置として用いられるか、または
、基本的に圧力振動ガス分離器を駆動するためか、或い
はヒートポンプを駆動するために用いられても当てにな
る。

共振チャンバーが、多数のダイアフラムによって形成さ
れた外表面を有する実質上球形か、正二十面体として形
成されている場合、これらダイアフラムの少くとも１つ
は、ダイアフラムポンプ（ｄｉａｐｈｒａｇｍ　ｐｕｍ
ｐ）のダイアフラムとして用いられる。ダイアフラムポ
ンプは、燃焼混合体を脈動燃焼器に吸み上げるために、
ガス混合体を圧力振動ガス分離器内に供給するために、
分離されたガス産出物配列を圧力振動ガス分離器から吸
み上げられるために、加熱されたか冷却された水をヒー
トポンプに、或いはヒートポンプから吸み上げるために
、或いは他の液体を吸み上げるために使用可能である。

この場合に、ダイアフラムは入口バルブと出口バルブを
有する閉鎖チャンバーの一部をはね返る。また、ダイア
フラムは、その固有共振周波数が共振チャンバーのそれ
と一部するように調整される事が好ましい。

本発明に係る装置は、以下添付図を参照して詳述される
。

〔実施例〕

熱で運転されるガス共振装置は、通常、球形チャンバー
１と、該チャンバー内で中央に置かれた脈動燃焼器２と
を含んでいる。燃焼器（ｃｏｍｂｕｒｔｏｒ）２は、我
々の先行出Ｉｌｌ　Ｅ　Ｐ　−Ａ　−０２６７７２７に
記述された如き調整される逆上弁を含んでいる。空気と
適当な燃料ガスの燃焼混合ガスは、調整逆止弁を介して
チャンバー１に入れられる。燃焼混合ガスは、球形チャ
ンバー１の共振振動数に調和した振動数で周期的に点火
される０点火プラグが燃焼器内に備えられて、最初の点
火を引起こすが、その後は脈動燃焼が自己持続する。

燃焼器に調整逆止弁を使用するのに代えて、燃焼混合ガ
スは、チャンバー１に、チャンバー１内に延び、且つ要
求されるパルス繰返し振動数のパルスで燃焼混合ガスを
供給するために調整される共振ガス供給チューブを介し
て、供給可能である。

上述の仕方での燃焼器の操作は、チャンバー１の中央で
脈動する熱源を提供し、実質上球形に拡がる波曲面を創
出する。燃焼器の振動数がチャンバーの共振振動数に調
和しているので、燃焼器はチャンバーの共振モードを駆
動し、効率を最大にし、それで燃焼の熱エネルギーが、
チャンバー１内でのガスで振動する圧力と関連した機械
的エネルギーに変換される。記述された第１実施例では
、この機械的エネルギーが、主として酸素濃縮のために
用いられるガス分離器を駆動するために使用される。し
かしながら、共振装置のモジュール調整された構造は、
例えば詳細が後に記述されるヒートポンプ（ｈｅａｔ　
ｐｕｍｐ）及び電気発生器の如き、他の機能のためのユ
ニットの装置の異なった領分での結合を可能にする。

第１図及び第２図に示された本発明の第１実施例では、
大体球形のチャンバー１が略三角形要素４で作られた中
空正二十面体シェル３によって限定されている。端部の
開放した排出チューブ５が、チャンバー１内へシェル３
の外表面から延びている。チューブ５の半径方向の最内
端が、球体半径の約３／４だけ球形チャンバー１の中心
から間隔を置いた点にある。この半径でチャンバーの共
振の仕方での圧力の零点がある。燃焼生成物は、それゆ
え、この点でチャンバー１から最小のパワー損失と、外
部騒音とで出すことが可能である。若しチャンバー１か
ら更に外方に排出することが要求されれば、その時はチ
ューブ５をシェル３０表面よりも外側に突出させること
が可能である。

外部の水貯蔵所（図示なし）に接続されたパイプは、排
出チューブ５内に同心的に位置決めされている。このパ
イプは内側に注がれる散水を準備する。水の少ない割合
が熱的脈動の間に熱源によって蒸気に変換され、それ故
に機械的パワーの創出を補う。水小滴の残留している霧
は、その後の膨張サイクル中にチャンバー内のガスを冷
却し、再圧縮の前に、それ故に余分の熱エネルギーを取
除き、そして更に一層装置の効率を増大する。チャンバ
ー１の球形内表面に生まれた水小清から集められた加熱
水は、底で排出され、冷却されて、再循環される。共振
装置がヒートポンプモジュール（ｈｅａｔ−ｐｕｍｐ　
ｍｏｄｕｌｅ）を含んでいる場合、チャンバー１の周面
に集められた水滴は、更に以後に記述される仕方でポン
プの操作で利用可能である。

上記の如く、記述された本発明の特定の例の基本的目的
は、熱で運転される圧力振動ガス分離器を提供すること
にある。この目的のために、チャンバー１でのモジュー
ルの大部分は、第２図の要素４′で外表面が切取られて
示される如く、ガス分離器モジュールとして形成されて
いる。各ガス分離器のモジュールは、多（の円形エレメ
ント７を含んでおり、各エレメント７は、皿状にへこま
されたゼオライト（沸石）ベッド８と、該ベットをその
内側に面する表面上でカバーするダイアフラム（隔膜）
９とを含んでいる。各エレメント７は半径が０．８　ｍ
であって、７２までのこのようなエレメントが１又は２
ｍ半径のチャンバーの内周面を横切って備えられている
。使用中に、チャンバー１の周面での圧力振動は、ダイ
アフラム８を半径方向に、即ちベッド８の表面を横断す
る方向に前後動させる。空気がベッド８の周囲を取巻い
ている環状人口１０を通って引込まれ、そして後述の仕
方でベッド８を通して進められる。ベッド８の下面にあ
る酸素濃縮ガスはスカート１１の下に集められ、そして
ダクト１２を経て正二十面シェル３の筒状フレーム構造
１３に移される。筒状フレーム構造１３は、全ガス分離
モジュール６に共通して連結されており、そしてモジュ
ール６から出口（図示なし）へと通路を提供し、該通路
から酸素濃縮ガスがチャンバー１の外へパイプで出され
る。

チャンバー１内で燃焼ガスからゼオライトベッド８を隔
離するのに使用することの外に、ダイアフラム９はまた
、振動するサイクル中に、適切な場所で空気を入れたり
空気を排出することを確実にするバルブ配列を準備する
ためにも使用する。

ダイアフラム９は、チャンバー１と同一の共振周波数を
有するように寸法法めされている。この例では、ダイア
フラム９は０．８　ｒｒａの径と、６Ｉの厚さを有する
スチールで作られている。ダイアフラム９は、その縁で
ベッド８の外側に、その平衡位置でベッド８の周辺と離
れているが、しかしベッド８の外縁から約１０ｃｍ内方
に形成されたバルブシート１４に接触するように、支え
られている。

このバルブシート１４から半径方向で外方に延びている
ベッド８の部分は、空気を通さないように密閉されてお
り、そしてダイアフラム９とベッド８間での接触域は、
空気のボート１０からベッド８の主要部への吸込みを制
御するバルブを準備するために使用する。ベッド８の中
央には、ダイアプラムがその平衡位置にある時に、円錐
形のバルブ部材１６によって密閉される円筒状の排出口
１５がある。バルブ部材１６はダイアフラム９の中心に
固定されたスピンドル１７上に掛かかっている。

圧力振動ガス分離器の作業サイクルは、タイムに関して
入口バルブ及び出口バルブの変位を示している第４図を
参照して、次に記述される。タイムＬ０でダイアフラム
９は、その平衡位置にある。

チャンバー内でダイアフラムに直接隣接しているガス圧
力が下る時、ダイアフラムはベッド８から離れて半径方
向の内方に吸込まれる。ダイアフラム９は即時にシート
１４を離れ、それによって入口バルブを開ける。しかし
ながら、排出バルブは、スピンドル１７とバルブ部材１
６との間に、たとえスピンドル１７が引上げられてもバ
ルブ部材１６が着席保持しているように自由移動がある
ので、閉止状態にとどまる。その結果、タイムｔ０から
Ｌｌまでの間、不完全な真空がダイアフラム９の下方に
創出され、そしてダイアフラムは引込まれ、そして入口
１０からシート１４をおおワて空気を加速する。タイム
ｔ、で、ダイアフラム９は更に上方に動くので、スピン
ドル１７の端がバルブ部材１６と係合し、それを席から
外し、それ故に排出バルブを開く。入口１０からダイア
フラム９の下方に引込まれた空気は、従ってベッド８を
横切って引込まれ、そして空気の運動量はベッド８の中
央に半径方向に動くことの継続を促進する。空気はその
ように作用するので、初めにベッド８とダイアフラム９
との間にあった涸渇した空気を取除き、そしてその空気
を排出口１５から追出す。

最大変位の場所に達した時、ダイアフラム９はそこで再
びベッド８に向かって下降する。タイムｔ２で、ダイア
フラム９は再びその平衡位置に到達し、そして入口及び
排出のバルブを閉じる。スピンドル１７上での作動から
生ずる入口及び出口バルブの開放の間に遅れが存在する
が、タイムＬ２でそれらが閉じる時に、それらがそのよ
うに同時に閉じることは留意されるべきである。続くサ
イクルの位相の間、ダイアフラム９の下方の圧力は、環
状入口１０を通ってゼオライトベッド８内に新鮮な空気
の進入を増強する。空気がベッド８を通って前方に動く
ので、ゼオライトは分子ふるいとして作用し、そしてベ
ッド８の底を貫通するガスが酸素で濃縮されてニトロゲ
ン（窒素）が取除かれた空気となるように、空気からニ
トロゲンを選択的に吸着する。その後、ベッド８の方と
反対方向に最大変位した位置であるタイムｔ３から、ダ
イアフラム９はベッド８上の圧力を減少するその平衡位
置の方へ復帰する。この減少される圧力によって、ニト
ロゲンはベッド８から分離され、そして表面の方へ吸い
出す。ダイアフラム９がその平衡位置に到達する時、サ
イクルは、次の空気の取入れによって、酸素の取除かれ
てニトロゲンの１Ｊｋｌしたガスをベッド８の表面から
排出口１５に駆逐することが繰返される。サイクルはガ
スがベッドの面を横断してその通路を貫通することを促
進し、故にガスが出口１５に到達する時、その運動量は
ベッドへの取入れと、混合しないガスの−吹きとしてチ
ャンバー１からガスを運び出す。連続するサイクルの間
に、酸素はベッドを通してベッドの外表面に吸い出され
、そこで酸素は既に述べられた仕方で導き出される。

ガス分離器モジュールの変形例は、第５図、第６図、及
び第７図に示されている。この例で環状のバルブシート
３１は吸着性材料の皿状ベッド３２を取囲んでいる。厚
い調整されたダイアフラム３３は、実質上球形チャンバ
ー（５図になし）の共振周波数で振動する。ベッド３２
と環状バルブシートとは、大体、第１実施例のベッド８
及びシート１４と同じである。ダイアフラム３３は不均
衡であって、追加質量３４を一側上に、そして切欠き部
３５を他側上に、第６図に示す如く、有している。ダイ
アフラム３３でのこの不均衡は、チャンバー１内で伝達
して行く球形波前面によって、ダイアフラムが最低振動
数で半径方向に前後に振動しながら、ダイアフラム３３
に調和振動を引起こす、この調和振動は、第５図に示さ
れる如く、左から右へ動く横波の形態を有する。

第７図はこの作用を線図的に図解している。第７図では
、ダイアフラムは、大きく誇張された横方向振動の振幅
を備えた線によって、ダイアフラムが最初に左側でベッ
ド３２から動かされて、第５．６．及び７図に示される
如く環状シート３１から上昇して、ガス分離器モジュー
ルの左手側でダイアフラム３３とバルブシート３１との
間のギャップ内に新鮮な空気の吸込みが許される態様を
図解するために表わされている。ダイアフラム３３の吸
着ベッド３２からのより一層の離脱が、吸着ベッド３２
上方の圧力を更に減少して、ベッド３２の左側から新鮮
な空気をより一層吸い込み、そして酸素の涸渇したニト
ロゲン濃縮ガスをベッド３２からより一層誘い出す、新
鮮な空気がベッド３２とダイアフラム３３との間の空間
内へ移入するので、該空気は第５，６図で示される左か
ら右への方向に有効な速度を有している。ダイアフラム
３３は、その最大変位に到達した後、皿状ベッド３２の
方への復帰を始める。第７図で最も明確に示される如く
、ダイアフラムの左側が再び最初に動き、そしてダイア
フラム３３の左手側に環状シート３１との密閉をダイア
フラムの左手側で形成させるが、同時にダイアフラムの
右手側は環状シー）３１の右手側とは、第７図に示され
る如くまだ接触していない。皿状ベッド３２の表面を横
切る空気の横移動はベッド３２の表面からのニトロゲン
濃縮空気の空にされるべき有効な清掃を行い、そして環
状シート３１の右手側とダイアフラム３３との間で、ガ
ス分離器モジュールの右手側から該空気を空にする。ダ
イアフラム３３は吸着ベッドの方への移動を継続するの
で、結局環状シート３１の全周面にもたれて着座し、そ
れ故バルブを閉止し、モジュール内に導入された新鮮な
空気を加圧し、該空気を吸着ベッド３２内へ押圧する。

ダイアフラムは、ベッド３２の方への最大変位点に到達
した後、再び復帰を開始してベッド３２から離れる方へ
動く。再びまずダイアフラムの左側がその環状シート３
１から上昇して、左側からモジュールに新鮮な空気の進
入を可能とし、そしてプロセスが繰返される。ダイアフ
ラム３３に引起こされる構法作用はまた、ガス分離器モ
ジュールの左手側から右手側への横方向の空気移動を促
進する。

上述されたような圧力振動ガス分離器は、例えば極低温
酸素回収ユニットの如き、慣用の酸素製造プラントと比
較して、より大きな効率と、より低い資金コストの両方
を提供する。ガス分離器モジュールによって全面が覆わ
れている１つの２ｍ半径の球形体は、酸素回収率で、即
ち酸素、投入量の酸素生産量の１００：１５の量による
率で９８％酸素の１日当り１００トンの生産能力と、特
別のエネルギー消費、即ち酸素１ｋｇ製造するに必要と
される機械的エネルギー投入量は０．１２５ＫＷ　ｈｒ
／ｋｇである。製造された９８％酸素の混合ガスは鉄及
び綱の製造の如き工業プロセスで使用するのに適してい
るばかりか、また下水処理や医療用の酸素発生の如き、
他の目的にも使用可能である。これら代りの使用のため
に、装置の寸法と、産出される酸素の濃度とは、特定の
適用の要求に合わせるために変更可能である。酸素の低
い量のみが必要な場合には、上述の如き単一の円形ベッ
ドと、ダイアフラムによって形成されるガス分離器ユニ
ットが、既に言及したヨーロッパ特許出願に記述されて
いる如き１つのオジーブ（ｏｇｉｖａｌ）ガス振動装置
で使用可能である。

本発明の１つの実施例では、熱で運転されるガス振動装
置が熱と力（Ｃ）ＩＰ）の併用されたプラントに動力を
供給するために使用される。上述の第１の実施例では、
正二十面体シェル３の大部分がガス分離器ユニットから
構成されているのに対して、この第２の実施例では、は
んの１つ、又は２つのこのうよなガス分離器モジエール
６のみが使用される。この少ないガス分離器モジュール
からの出力は、燃焼ユニット２に供給されるガス混合体
を濃縮するために用いられる。この事は熱脈動を強くす
る作用を有し、そして窒素酸化物（ＮＯＸ）の如き好ま
しくない副産物の産出を減少する。

熱と力の併用されるユニットでは、振動装置の球形チャ
ンバー内で発生される圧力振動は、ヒートポンプを駆動
するために使用出来る。蓄熱装置２０が、正二十面体シ
ェル３の内壁に近接しているが間隔を置いて、チャンバ
ー１の内側を取巻いて延びている赤道上のベルトとじて
形成されている。蓄熱装置２０は半径方向の外側方向に
低い熱伝導率のハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）から形
成されている。ハニカム材料はアルミニウムホイル（ａ
ｌｕｎ＋ｔ−ｎ１ｕｎ　ｆｏｉｌ）から形成可能である
。このようなハニカムの有効熱伝導率は、ホイル（ｆｏ
ｉｌ）の厚みが蓄熱装置の半径方向の大きさより非常に
小さいので、低い。２ｍ球形体で、蓄熱器は、典型的に
は半径方向に５ｃｍであるのに、一方ホイルは０．２關
又はそれ以下である。

蓄熱装置２０の範囲内でのガスは、チャンバー１内での
圧力振動によって駆動される圧縮と膨張のサイクルを繰
返されて通過する。ガスは膨張し、そして蓄熱装置から
熱の取上げを請負い、そして続いて熱をもどす、蓄熱装
置の近くでガスによって動かされる物理的距離は、蓄熱
装置の中心に向かうガスの範囲がサイクルの圧縮の膨張
の位相を通して大体蓄熱装置との熱接触に留まるように
、蓄熱装置２０の寸法との比較で相対的に小である。

この範囲についてプロセスは、従って対称的であって、
そして蓄熱装置２０への或いは蓄熱装置からの正味の熱
転位は無い。蓄熱装置の内側と外側との面では、しかし
ながらそのサイクルの部分の間、ガスは蓄熱器から離れ
る、それ故プロセスの対称が破られ、正味の熱流を引き
起こす、熱流の方向が、蓄熱装置２０の半径方向内面が
冷却され、そして外面が加熱されるようになることは、
前述のヨーロッパ特許出願で分析検討されていることか
ら理解出来る。

若し上述の熱の吸込み吐出しか使用に委ねられれば、そ
の時は適切に冷却又は加熱する目的のために、幾らかの
手段が蓄熱装置から溜め（シンク）又は源の熱に要求さ
れる。上記の如く、ガス振動装置の作用を高めるために
、散水がチャンバー１内に注がれ、そしてこの散布は、
好都合には蓄熱装置２０での熱移行のための媒体として
用いられる。蓄熱器２０に到達する散水の部分は蓄熱装
置の内面上に集められ、そして蓄熱装置内で、その半径
方向の内側面及び外側面におおよそ等しい割合で、ガス
流によって段々に吹き払われる。水は内側面で熱源とし
て作用し、そして冷却されるが、しかるに逆に外側面の
水は、熱情めとして作用し、暖められる。内側と外側と
の面から排出される水を別々に集めるために、蓄熱装置
の底に各チャンネル（溝）が備えられ、そしてこの水は
その後、吸み出されて循環され、冬の加熱、或いは夏の
冷却を提供するための熱とパワーの併用（ｃｏｍｊｉｎ
ｅｄｈｅａｔ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　：　（ｊｌＰ）プ
ラントを可能にする。

加熱、及び／又は冷却を提供するのに加えて、ＣＩＩＰ
は単相交流の形態で電力を提供する。電力発生モジュー
ルは、上述された空気分離モジールと同じ仕方で、チャ
ンバー１の正二十面体フレームの略三角形エレメント４
に適合される。空気分離器モジュールについてと同様に
、電力発生モジュールは、チャンバー１内で圧力振動に
よって運転されるチャンバー１と同一の共振周波数を備
えた円形ダイアフラムを用いる。必要な所で単一モジュ
ールは、電力発生と空気分離の機能を結合出来る。若し
代りに、専用の電力発生モジュールが用いられれば、そ
の時は円形ダイアフラムはゼオライトベッドよりも単純
なキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の上に据えられる。電流
は、ダイアフラム９の表面に垂直なその縦軸を用いてダ
イアフラム９上の中心に据付けられた円筒状の伝導コイ
ル２１に発生される。永久磁石２２がコイルに近接して
、しかしダイアフラムから離れて据付けられる。磁界内
でのコイルの運動がダイアフラムの振動周波数で電流を
発生し、該周波数はこの実施例では２００　！（ｚであ
る。熱で運転されるガス振動装置の効率は、記述された
タイプの電力発生器がデイゼル電力発生器の如き慣用の
装置の効率と相応出来る位であり、そしてかなり低い維
持コストに出来る。

２つの特定の例が上で持ち出されてはいるが、本発明の
範囲は、勿論、記述された特定の作用をするモジュール
に限定されるものでない。ガス振動装置のモジュールの
性質は、適切に設計されたモジュールを結合することに
よって異なった目的のために容易に応用され得るもので
ある。実際に、このような熱で運転されるガス振動装置
は、高い効率の熱駆動エンジンが必要な所で、多くの利
用のいずれにも好都合に使用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス共振装置の第１実施例の断面図であり、第
２図は第１図のガス共振装置の一部破断平面図である。 第３図はガス分離器モジュールの第１実施例の断面図で
あって、第４図はガス分離器モジュールの第１実施例の
バルブのタイムに関する変位を示すグラフ図である。 第５図はガス分離器モジュールの第２実施例の断面図で
ある。 第６図はダイアフラムの拡大断面図である。 第７図はガス分離器モジュールの第２実施例のダイアフ
ラムで撓み方をシリーズで示している断面図である。 第８図はガス共振装置の第２実施例の断面図であって、
第９図は第８図の装置に用いるのに適したダイアフラム
と発電器の断面図である。 ｌ：チャンバー　　　２＝脈動燃焼器、３ニジエル、　
　　　　４．４’　　：エレメント、５：排出チューブ
、 ６；ガス分離器モジュール、 ８：ベッド、　　　　　９：ダイアフラム、１０°環状
入口、　　　１１ニスカート、１２：ダクト、　　　　
１３：フレーム構造、１４　バルブシート、１５：排出
口、 １６：バルブ部材、　　１７：スピンドル、２０、蓄熱
装置、　　　２１：伝導コイル、２２：永久磁石、　　
３１：バルブシート、３２　ベッド、　　　　３３：ダ
イアフラム、３４：付加質量、　　　３５：切欠き部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質上球形の共振チャンバーの中間に配置された脈
   動燃焼器を含んでいるガス共振装置。 ２、共振チャンバーが曲がった縁を有する三角状セグメ
   ントで二十面体として形成されている、請求項１に記載
   のガス共振装置。 ３、圧力振動ガス分離器と協力して、ガス共振装置内で
   振動するガスが、圧力振動ガス分離器を駆動するに必要
   とされる圧力変化を提供するために用いられている請求
   項１又は２に記載の熱で運転されるガス共振装置。 ４、ガス分離器が吸着材料から成る多数のベッドを備え
   ており、各ベッドが、二十面体の各実質上三角形のセグ
   メント内に完全に含まれた３つのベッドと、二十面体の
   先端に中心を有する他のベッドとで共振チャンバーの側
   壁内に配置され、且つ各ベッドが大体円形の外形を有し
   ている、請求項３に記載のガス共振装置。 ５、ヒートポンプと協力して、熱で運転されるガス共振
   装置内で振動するガスが、ヒートポンプを作動する動力
   を提供するために用いられている、請求項１又は２に記
   載の熱で運転されるガス共振装置。 ６、実質上球形の共振チャンバーの周囲に隣接してはい
   るが間隔を置いて離されて配置された蓄熱装置と、実質
   上球形の共振チャンバーの外周に隣接し、且つ脈動燃焼
   器から遠く離れて、蓄熱装置の側面に置かれたヒートシ
   ンクとを含んでいる、請求項１又は２に記載の熱で運転
   されるガス共振装置。 ７、低グレードの熱源が蓄熱装置の側面上の共振チャン
   バー内へ脈動燃焼器に向かって導入され、そして低グレ
   ードの熱源が共振チャンバー内に散水を提供するために
   配置された複数のウォータージェットによって構成され
   ている、請求項６に記載のガス共振装置。 ８、脈動燃焼器と共振チャンバーとを含む熱で運転され
   るガス共振装置と、共振チャンバーの一部をはね返るダ
   イアフラムと、ダイアフラムに隣接し、且つダイアフラ
   ムの脈動燃焼器から離れた側にある吸着材料のベッドと
   を備えている圧力振動ガス分離器。 ９、ダイアフラムの固有共振周波数が共振チャンバーの
   固有共振周波数と一致するように、ダイアフラムの径と
   厚さと剛性とが選択されている、請求項８に記載の圧力
   振動ガス分離器。 １０、脈動燃焼器を含む共振チャンバーと、共振チャン
   バーの一部をはね返る可撓性のダイアフラムと、ダイア
   フラムに結合されており、且つ共振チャンバー内部での
   ガス共振の結果によって振動するダイアフラム上に電力
   を発生する電気変換器とを備えている、熱で運転される
   ガス共振装置。 １１、結合された熱と動力の設備を提供するために、請
   求項１、２、５、６又は７に従って装置の一部を構成し
   ている、請求項１０に記載のガス共振装置。 １２、チャンバー内でのガス共振から生起する機械的振
   動が圧力振動ガス分離器のための動力を提供するように
   、共振チャンバーの少くとも一部でとびはねている酸素
   又は窒素を選択的に吸着する吸着材料のベッドを含んで
   おり、圧力振動ガス分離器が酸素の濃いガス状態を創出
   するために空気についての圧力振動ガス分離を実施し、
   酸素濃縮ガスの一部が可燃性のガス又は蒸気と混合され
   、且つ脈動燃焼器に供給され、酸素濃縮が燃焼を促進し
   て燃焼脈動の強さを激しく、それによってチャンバー内
   で誘発される機械的共振を高める、請求項１１に記載の
   ガス共振装置。